JP6625758B2 - 無線通信システムおよび無線通信方法 - Google Patents
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Description
本発明は、無線基地局と複数の無線端末が無線通信を行う無線通信システムおよび無線通信方法に関する。本明細書では、無線基地局と無線端末を総称して無線通信装置といい、必要に応じて無線基地局をＡＰと略称し、無線端末をＳＴＡと略称する。
近年、ＩＥＥＥ８０２．１１で規定される無線ＬＡＮ規格に準拠した無線通信装置が急激に普及し、 2.4ＧHzや５ＧHzのアンライセンスバンドを利用する無線通信装置が多数配置されるようになった。アンライセンスバンドでは事前のキャリアセンスにより送信予定のチャネルの状態を判定し、送信可能な状態の場合に送信を開始する。そのため、アンライセンスバンドに多数の無線通信装置が混在している環境では、ある無線通信装置が送信している間に周辺の複数の無線通信装置が送信待機することとなり、スループットが低下する。
ところで、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｘでは、キャリアセンスによりチャネル状態を判定するために利用する干渉検出閾値を制御する技術の導入が見込まれている（非特許文献１）。当該技術では干渉検出閾値を従来よりも高くなるように制御することにより、周辺の無線通信セルからの干渉電力を観測してもチャネルを送信可能と判定する機会が多くなる。なお、干渉検出閾値は、無線ＬＡＮの場合にはキャリアセンス閾値に相当するものである。
また、非特許文献１には、干渉検出閾値の制御とともに送信電力値を制御する技術が開示されている。さらに、干渉検出閾値および送信電力値に関して上限を設けるとともに、それぞれの値を連動して制御する手順も導入される見込みである。
これらの制御により、互いに干渉し合うことで無線通信装置同士の送信機会が低減していた環境で、送信機会をこれまでよりも多く獲得してスループットを改善することが期待されている。さらに、ＬＴＥ信号をアンライセンスバンドで送信する場合も同様の手順が適用されるため、干渉検出閾値および送信電力値の制御はアンライセンスバンドの通信品質に大きく関わると考えられる。
さらに、非特許文献２では、複数の無線通信装置から収集された干渉情報を利用して同じチャネル上で互いに干渉を抑圧する技術の開示があり、個々の無線通信装置ではなく無線通信システム全体の周波数利用効率を向上させる制御が可能になっている。
IEEE P802.11ax Draft 0.1, March 2016
山本高至、アベセカラヒランタ、"無線ＬＡＮにおける送信電力・キャリア検出閾値反比例設定の解析，"信学技報，2016年６月
ＩＥＥＥ８０２．１１ａｘでの規定は、個々のＡＰが独立に干渉検出閾値を制御することが想定されている。しかしながら、その場合は自ＡＰのスループット改善は可能でも、周辺のＡＰのスループットを逆に低下させてしまう可能性がある。その第１の理由は、干渉検出閾値を高く制御したり送信電力値を下げたりすることで、新たにさらし端末や隠れ端末となる無線通信装置が発生する可能性があるためである。その第２の理由は、通信エリア内に存在する無線通信装置からの送信機会が増大することにより、宛先端末が受信した無線フレームのＳＩＮＲが劣化する可能性があるためである。
この課題を解決するために非特許文献２では、集中制御局を設けて全体の周波数利用効率が低下しないように、干渉検出閾値と送信電力値を制御する技術が提案されている。しかしながら、非特許文献２ではシャノン容量を用いて統計的な手法でスループット期待値を算出しているため、具体的に無線通信の宛先を考慮した場合には改善の余地があると考えられる。すなわち、送信側と受信側の距離が近くＳＩＮＲが良好であれば、送信電力値を下げ、干渉検出閾値を上げる機会がある。一方、送信側と受信側の距離が遠くてＳＩＮＲが不良であれば、送信電力値および干渉検出閾値を維持する方が全体のスループット向上に寄与する可能性もある。このように、制御対象となるＡＰ周辺の情報をより多く活用することで、さらなるスループット向上が期待される。
本発明は、複数の無線基地局が互いに干渉し合う無線通信システムのスループットを改善するために、各無線基地局の送信電力値および干渉検出閾値を制御する無線通信システムおよび無線通信方法を提供することを目的とする。
第１の発明は、互いに干渉し合う複数の無線基地局と、当該無線基地局に接続される複数の無線端末と、当該無線基地局と接続される集中管理局とを備える無線通信システムにおいて、集中管理局は、無線基地局の干渉源となる周辺の無線基地局の受信電力値を含む干渉電力情報と、無線基地局の宛先となる無線端末からの受信電力値と、無線基地局の送信電力値を含む送信電力情報を収集する情報収集手段と、収集した情報から干渉関係に基づいて計算される送信機会獲得頻度およびスループット概算値に応じて、無線基地局における干渉検出閾値および送信電力値を決定し、制御値として無線基地局に通知する制御値決定手段とを備え、無線基地局は、集中管理局から通知された制御値に基づいて干渉検出閾値および送信電力値の制御を行う構成である。
第１の発明の無線通信システムにおいて、無線基地局は、集中管理局から通知された干渉検出閾値および送信電力値を配下の無線端末に通知し、該無線端末が通知された干渉検出閾値および送信電力値に基づく制御を行う構成である。
第１の発明の無線通信システムにおいて、制御値決定手段は、干渉検出閾値および送信電力値の仮決定と、仮決定値を用いた制御後のスループット概算値を計算し、スループットが改善する場合に仮決定値を制御値とする構成である。
第１の発明の無線通信システムにおいて、制御値決定手段は、送信機会獲得頻度が高い無線基地局から順に干渉検出閾値および送信電力値を決定する構成である。
第１の発明の無線通信システムにおいて、制御値決定手段は、制御対象の無線基地局の中で送信機会獲得頻度が閾値より高い無線基地局に対して送信電力値を下げる制御を実施し、送信機会獲得頻度が閾値より低い無線基地局に対して干渉検出閾値を上げる制御を実施する構成である。
さらに、制御値決定手段は、情報収集手段で収集した宛先となる無線端末からの受信電力値を利用して、目標とする変復調方式で最低限必要となるＳＩＮＲ値から送信電力値の下限値を設定する構成である。また、制御値決定手段は、無線基地局の送信電力値を下げる場合に、当該無線基地局が観測する受信電力値のうち、干渉検出閾値よりも高い無線基地局の受信電力値を基準とする構成である。また、制御値決定手段は、無線基地局の送信電力値を下げる場合に、当該無線基地局から送信される無線信号による干渉電力が所定値以上またはＳＩＮＲが所定値以下になる無線基地局の受信電力値を基準とする構成である。また、制御値決定手段は、無線基地局の干渉検出閾値を上げる場合に、当該無線基地局が観測する受信電力値のうち、現在の干渉検出閾値より高く、かつ最も近い受信電力値を基準とする構成である。
第１の発明の無線通信システムにおいて、制御値決定手段は、粒子群最適化法（ＰＳＯ）を用いて干渉検出閾値および送信電力値を探索する際に、送信機会獲得頻度が所定の閾値より高い無線基地局に対して干渉検出閾値および送信電力値の変化量の係数を基準値より低い値に設定し、送信機会獲得頻度が該所定の閾値より低い無線基地局に対して干渉検出閾値および送信電力値の変化量の係数を該基準値より高い値に設定する構成である。
第２の発明は、互いに干渉し合う複数の無線基地局と、当該無線基地局に接続される複数の無線端末と、当該無線基地局と接続される集中管理局とを備え、集中管理局が無線基地局の送信電力値および干渉検出閾値を制御する無線通信方法において、集中管理局は、無線基地局の干渉源となる周辺の無線基地局の受信電力値を含む干渉電力情報と、無線基地局の宛先となる無線端末からの受信電力値と、無線基地局の送信電力値を含む送信電力情報を収集し、収集した情報から干渉関係に基づいて計算される送信機会獲得頻度およびスループット概算値に応じて、無線基地局における干渉検出閾値および送信電力値を決定し、制御値として無線基地局に通知し、無線基地局は、集中管理局から通知された制御値に基づいて干渉検出閾値および送信電力値の制御を行う。
本発明は、キャリアセンスにより送信機会を得られる複数の無線基地局が干渉し合いスループットが低下する環境において、集中管理局が各無線基地局の送信電力値と干渉検出閾値について、各々の送信機会獲得頻度とスループットを概算で確認しながら制御することができる。これにより、各々の無線基地局がスループットを低下させることなく無線通信システム全体のスループット向上を図ることができる。
図１は、本発明の無線通信システムの構成例を示す。
図１において、各無線基地局（ＡＰ）１０と集中管理局２０は、それぞれの情報信号入出力部１１，２１を介して情報交換が可能な構成になっている。例えば、集中管理局２０は、ＡＰ１０から情報を収集するための制御信号や、ＡＰ１０の干渉検出閾値や送信電力値を変更するための制御信号をＡＰ１０に送信する。ＡＰ１０は、無線信号送受信部１４および受信電力値情報収集部１２で収集した受信電力値を集中管理局２０に送信する。
図１において、各無線基地局（ＡＰ）１０と集中管理局２０は、それぞれの情報信号入出力部１１，２１を介して情報交換が可能な構成になっている。例えば、集中管理局２０は、ＡＰ１０から情報を収集するための制御信号や、ＡＰ１０の干渉検出閾値や送信電力値を変更するための制御信号をＡＰ１０に送信する。ＡＰ１０は、無線信号送受信部１４および受信電力値情報収集部１２で収集した受信電力値を集中管理局２０に送信する。
集中管理局２０では、情報信号入出力部２１に入力した情報を情報管理部２２に送り、情報管理部２２で収集した受信電力値、送信電力値、干渉検出閾値、ターゲットＭＣＳなどが、接続しているＡＰごとに管理される。さらに、情報管理部２２に接続される制御値決定部２３はスループットの概算値を計算し、各ＡＰ１０における送信電力値および干渉検出閾値を決定し、それを情報信号入出力部２１から各ＡＰ１０に送信する。ＡＰ１０は、情報信号入出力部１１に入力した送信電力値および干渉検出閾値を送信電力／干渉検出閾値制御部１３に送り、送信電力／干渉検出閾値制御部１３で無線信号送受信部１４の送信電力値および干渉検出閾値を変更する。無線信号送受信部１４には、例えばＣＳＭＡ／ＣＡによるアクセス制御を行うアクセス制御部１５が接続される。
また、ＡＰ１０に設定される送信電力値および干渉検出閾値は、無線信号送受信部１４から図示しない配下の無線端末（ＳＴＡ）に送信され、ＳＴＡの送信電力値および干渉検出閾値を制御する。
なお、集中管理局２０の機能は、複数のＡＰ１０のいずれか１つに組み込まれる構成であってもよい。その場合には、当該ＡＰは、ＡＰとしての機能と集中管理局としての機能を並行して実行することになる。
なお、集中管理局２０の機能は、複数のＡＰ１０のいずれか１つに組み込まれる構成であってもよい。その場合には、当該ＡＰは、ＡＰとしての機能と集中管理局としての機能を並行して実行することになる。
図２は、本発明の無線通信システムの想定例を示す。
図２において、集中管理局２０には、複数のＡＰ１，ＡＰ２，ＡＰ３が接続され、さらに各ＡＰの宛先となるＳＴＡ１，ＳＴＡ２，ＳＴＡ３がそれぞれ接続される。集中管理局２０とＡＰ１〜ＡＰ３との間の情報信号伝達用の接続は実線で示している。また、ＡＰ１〜ＡＰ３とそれぞれ宛先となるＳＴＡ１〜ＳＴＡ３との間の接続は、実線矢印で示している。さらに、各ＡＰ間や、ＡＰとその宛先以外のＳＴＡとの間は干渉信号となり、破線矢印で示している。
図２において、集中管理局２０には、複数のＡＰ１，ＡＰ２，ＡＰ３が接続され、さらに各ＡＰの宛先となるＳＴＡ１，ＳＴＡ２，ＳＴＡ３がそれぞれ接続される。集中管理局２０とＡＰ１〜ＡＰ３との間の情報信号伝達用の接続は実線で示している。また、ＡＰ１〜ＡＰ３とそれぞれ宛先となるＳＴＡ１〜ＳＴＡ３との間の接続は、実線矢印で示している。さらに、各ＡＰ間や、ＡＰとその宛先以外のＳＴＡとの間は干渉信号となり、破線矢印で示している。
初期状態として、ＡＰ１とＡＰ２との間の受信電力値は−60dBm であり、ＡＰ１とＡＰ３との間の受信電力値は−80dBm であり、ＡＰ２とＡＰ３との間の受信電力値は−62dBm である。また、全ＡＰの干渉検出閾値は−76dBm であり、ＡＰ１とＡＰ２、ＡＰ２とＡＰ３が互いに干渉検出閾値以上の受信電力を検出しているものとする。
図３〜図６は、各ＡＰの送信電力値および干渉検出閾値を決定する集中管理局の処理手順例を示す。
図３および図４において、集中管理局は、まず接続して制御対象のＡＰから情報を収集しておく（Ｓ11）。次に、各ＡＰ間の干渉関係に応じて各ＡＰの送信機会獲得頻度を算出し、さらに送信機会獲得時に同時に送信する周辺無線通信局の干渉電力値などを考慮し、宛先とするＳＴＡへ無線信号を送信した際のＳＩＮＲなどから最適なＭＣＳを選択し、全ＡＰのスループット概算値を算出する（Ｓ12）。さらに、算出した送信機会獲得頻度の降順、すなわち高い順にＡＰ情報を並べる（Ｓ13）。次に、送信機会獲得頻度の降順で各ＡＰに対して、制御値として送信電力値および干渉検出閾値を決定するための以下の処理を実行する（Ｓ14）。
制御値決定の手順では、まず当該ＡＰの送信機会獲得頻度が閾値を超えているか否かを判定する（Ｓ15）。判定に用いる閾値は、送信機会獲得頻度の平均値や中央値、パーセンタイル値などの統計値を用いてもよいし、送信機会獲得頻度の高いＡＰと低いＡＰが同数になるなど判定されるＡＰ数から閾値を設定してもよい。
送信機会獲得頻度が閾値より高いと判定されたＡＰに対して（Ｓ15：Yes ）、送信電力値を下げて周辺のＡＰが送信機会の獲得頻度を高め、かつ同時に送信される際の干渉電力値が小さくなるように送信電力値を仮決定する（Ｓ16ａ）。ただし、当該ＡＰと宛先となるＳＴＡとの通信でターゲットＭＣＳに必要な最低ＳＩＮＲを算出し、送信電力値の下限値として設定する。下限値以下の送信電力値は選択しない。また、図４に示すように、送信電力値に連動して干渉検出閾値が制御される場合は、同時に規定の干渉検出閾値も設定する（Ｓ17ａ）。なお、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｘの場合、送信電力値に応じて取り得るＣＣＡ閾値であるOBSS PD レベルに制限があり、本発明でもそのような送信電力値および干渉検出閾値の制御を想定している。また、この際も法令や規格などで定められた最大値や最小値を考慮し、これに反する値は選択しない。
次に、仮決定した制御値である送信電力値、または送信電力値と連動する干渉検出閾値に基づき、その制御値を適用した場合の全ＡＰのスループット概算値を算出する（Ｓ18ａ）。算出したスループット値の合計値、または各ＡＰのスループット値、またはその両方で適用前よりスループット値の劣化が見られるか否かを判定し（Ｓ19ａ）、劣化している場合は当該仮決定値を適用しない（Ｓ19ａ：No）。逆にスループット値の劣化が見られない場合には、当該仮決定値を実行値として記録する（Ｓ20ａ）。
以上の処理を送信機会獲得頻度の降順に、ステップＳ15の判断で送信機会獲得頻度が閾値を超える各ＡＰに対して繰り返し行う。
一方、送信機会獲得頻度が閾値より低いと判定されたＡＰに対して（Ｓ15：No）、干渉検出閾値を高くして送信機会獲得頻度が高くなるように干渉検出閾値を仮決定する（Ｓ16ｂ）。また、図４に示すように、干渉検出閾値に連動して送信電力値が制御される場合は、同時に規定の送信電力値も設定する（Ｓ17ｂ）。なお、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｘの場合、送信電力値に応じて取り得るＣＣＡ閾値であるOBSS PD レベルに制限があり、本発明でもそのような送信電力値および干渉検出閾値の制御を意識しておく。ただし、法令や規格などで定められた最大値や最小値を考慮し、これに反する値は選択しない。
次に、仮決定した制御値である干渉検出閾値、または干渉検出閾値と連動する送信電力値に基づき、その制御値を適用した場合の全ＡＰのスループット概算値を算出する（Ｓ18ｂ）。算出したスループット値の合計値、または各ＡＰのスループット値、またはその両方で適用前よりスループット値の劣化が見られるか否かを判定し（Ｓ19ｂ）、劣化している場合は当該仮決定値を適用しない（Ｓ19ｂ：No）。逆にスループット値の劣化が見られない場合には、当該仮決定値を実行値として記録する（Ｓ20ｂ）。
以上の処理を送信機会獲得頻度の降順に、ステップＳ15の判断で送信機会獲得頻度が閾値より低いと判定される残りの各ＡＰに対して繰り返し行う。これにより、送信機会獲得頻度の降順にすべてのＡＰに対してスループットが最良となる制御値として送信電力値および干渉検出閾値が決定される。
さらに、必要ならばステップＳ14の処理手順を複数回繰り返す。例えば、すべてのＡＰの制御値の選択過程において、現在の制御値から変更しないと判断されるまで繰り返してもよいし、計算時間を考慮して有限数を繰り返し計算の上限として設定してもよい。
図５の処理手順例は図３の処理手順例の変形であり、図６の処理手順例は図４の処理手順例の変形である。
図３および図４におけるステップＳ16ａ／ｂ〜Ｓ20ａ／ｂの処理は、ある送信機会獲得頻度のＡＰに対して、制御値として送信電力値および干渉検出閾値の仮決定を行い、その制御値を適用して算出される全ＡＰのスループット概算値が劣化する場合は仮決定値を採用せず、全ＡＰのスループット概算値が劣化しなければ仮決定値を採用する。それを送信機会獲得頻度の高いＡＰから順番に行う。ただし、ＡＰごとに制御値の仮決定処理は１回である。
図３および図４におけるステップＳ16ａ／ｂ〜Ｓ20ａ／ｂの処理は、ある送信機会獲得頻度のＡＰに対して、制御値として送信電力値および干渉検出閾値の仮決定を行い、その制御値を適用して算出される全ＡＰのスループット概算値が劣化する場合は仮決定値を採用せず、全ＡＰのスループット概算値が劣化しなければ仮決定値を採用する。それを送信機会獲得頻度の高いＡＰから順番に行う。ただし、ＡＰごとに制御値の仮決定処理は１回である。
図５および図６に示す処理手順例では、この制御値として送信電力値および干渉検出閾値の仮決定処理を制限値に達するまで繰り返した後に、次の送信機会獲得頻度のＡＰに移行することを特徴とする。
ステップＳ15の判断で送信機会獲得頻度が閾値より高いと判定される各ＡＰに対しては、仮決定した制御値である送信電力値、または送信電力値と連動する干渉検出閾値に基づき、その制御値を適用した場合の全ＡＰのスループット概算値を算出する（Ｓ16ａ〜Ｓ18ａ）。算出したスループット値の合計値、または各ＡＰのスループット値、またはその両方で適用前よりスループット値の劣化が見られるか否かを判定し（Ｓ19ａ）、スループット値の劣化が見られない場合は、さらに仮決定した制御値が制限値に到達しているか否かを判定し（Ｓ21ａ）、制限値に達していない場合は送信電力値を下げて同じ処理を繰り返す（Ｓ16ａ〜Ｓ19ａ）。そして、仮決定した制御値が制限値に達した場合は、当該仮決定値を実行値として記録する（Ｓ20ａ）。または、送信電力値を下げてスループット値の劣化が見られた場合は（Ｓ19ａ：No）、１つ前の仮決定値に戻し（Ｓ22ａ）、当該仮決定値を実行値として記録する（Ｓ20ａ）。
また、ステップＳ15の判断で送信機会獲得頻度が低いと判定される各ＡＰに対しては、仮決定した制御値である干渉検出閾値、または干渉検出閾値と連動する送信電力値に基づき、その制御値を適用した場合の全ＡＰのスループット概算値を算出する（Ｓ16ｂ〜Ｓ18ｂ）。算出したスループット値の合計値、または各ＡＰのスループット値、またはその両方で適用前よりスループット値の劣化が見られるか否かを判定し（Ｓ19ｂ）、スループット値の劣化が見られない場合は、さらに仮決定した制御値が制限値に到達しているか否かを判定し（Ｓ21ｂ）、制限値に達していない場合は干渉検出閾値を高くして同じ処理を繰り返す（Ｓ16ｂ〜Ｓ19ｂ）。そして、仮決定した制御値が制限値に達した場合は、当該仮決定値を実行値として記録する（Ｓ20ｂ）。または、干渉検出閾値を高くしてスループット値の劣化が見られた場合は（Ｓ19ｂ：No）、１つ前の仮決定値に戻し（Ｓ22ｂ）、当該仮決定値を実行値として記録する（Ｓ20ｂ）。
図５，図６のステップＳ16ａにおいて、送信電力値の仮決定値が制限値に到達していないときに送信電力値を下げる制御を実施する場合、宛先となるＳＴＡの受信電力値から計算したターゲットＭＣＳに最低限必要なＳＩＮＲを確保できる最低送信電力を最初から制御値として設定してもよい。しかし、干渉検出閾値と送信電力値が連動して制御される場合、すなわち送信電力値を下げて干渉検出閾値を上げる場合、干渉検出閾値の上昇により送信機会獲得頻度も高くなり周辺ＡＰの送信機会を妨げる原因となってしまう可能性がある。そのような場合を考慮すると、対象ＡＰおよび全体のスループットが向上することを確認しながら、段階的に送信電力を下げる制御が有効となる。
（送信電力値の仮決定方法１）
段階的に送信電力を下げる第１の方法は、周辺のＡＰの干渉検出電力値から送信電力値を決める方法である。(1) 送信電力を下げる制御を実施するＡＰが選出される。図２の例では、ＡＰ１の無線信号の受信電力値を参照し、この中から現時点で干渉検出閾値より受信電力値が高く観測されるＡＰ２が選出される。同様に、ＡＰ２に対してＡＰ１およびＡＰ３が選出され、ＡＰ３に対してＡＰ２を選出される。(2) 選出されたＡＰのうち、現時点での各干渉検出閾値と当該受信電力値の差が最小となるＡＰを決定し、当該ＡＰの干渉検出閾値と当該受信電力値の差を計算し、送信電力値を下げる制御値とする。図２の例では、ＡＰ２における干渉検出閾値と受信電力値の差が−76−(−62)＝14dBで最小となり、その分だけＡＰ２の送信電力値を下げる。なお、このとき送信電力値の下限値や連動して制御される干渉検出閾値の制限があれば、合わせて下げられる値を制限する。また、伝搬チャネル特性を考慮し、送信電力を下げる際にマージン値を設けても構わない。この方法では当該ＡＰと同時送信可能なＡＰの数を増やす効果が期待できる。
段階的に送信電力を下げる第１の方法は、周辺のＡＰの干渉検出電力値から送信電力値を決める方法である。(1) 送信電力を下げる制御を実施するＡＰが選出される。図２の例では、ＡＰ１の無線信号の受信電力値を参照し、この中から現時点で干渉検出閾値より受信電力値が高く観測されるＡＰ２が選出される。同様に、ＡＰ２に対してＡＰ１およびＡＰ３が選出され、ＡＰ３に対してＡＰ２を選出される。(2) 選出されたＡＰのうち、現時点での各干渉検出閾値と当該受信電力値の差が最小となるＡＰを決定し、当該ＡＰの干渉検出閾値と当該受信電力値の差を計算し、送信電力値を下げる制御値とする。図２の例では、ＡＰ２における干渉検出閾値と受信電力値の差が−76−(−62)＝14dBで最小となり、その分だけＡＰ２の送信電力値を下げる。なお、このとき送信電力値の下限値や連動して制御される干渉検出閾値の制限があれば、合わせて下げられる値を制限する。また、伝搬チャネル特性を考慮し、送信電力を下げる際にマージン値を設けても構わない。この方法では当該ＡＰと同時送信可能なＡＰの数を増やす効果が期待できる。
（送信電力値の仮決定方法２）
段階的に送信電力を下げる第２の方法は、周辺のＡＰのＳＩＮＲまたは干渉電力値から送信電力値を決める方法である。(1) 送信電力を下げる制御を実施するＡＰが選出される。図２の例ではＡＰ１から送信された無線信号の受信電力値を参照し、この中から現時点で当該ＡＰから送信される無線信号が与える干渉のためにＳＩＮＲが最悪となるＡＰ、または与える干渉電力が最大となるＡＰが選出される。ただし、上記の手順で選出されるＡＰは、当該ＡＰの受信電力値が干渉検出閾値以下のものが対象となる。図２の例ではＡＰ３となる。(2) 選出されたＡＰがターゲットＭＣＳを満足するＳＩＮＲとなるか、他のＡＰからの干渉電力値と等しくなるまで送信電力値を下げる。この方法では当該ＡＰと同時送信するＡＰの通信品質が改善する効果が期待できる。
段階的に送信電力を下げる第２の方法は、周辺のＡＰのＳＩＮＲまたは干渉電力値から送信電力値を決める方法である。(1) 送信電力を下げる制御を実施するＡＰが選出される。図２の例ではＡＰ１から送信された無線信号の受信電力値を参照し、この中から現時点で当該ＡＰから送信される無線信号が与える干渉のためにＳＩＮＲが最悪となるＡＰ、または与える干渉電力が最大となるＡＰが選出される。ただし、上記の手順で選出されるＡＰは、当該ＡＰの受信電力値が干渉検出閾値以下のものが対象となる。図２の例ではＡＰ３となる。(2) 選出されたＡＰがターゲットＭＣＳを満足するＳＩＮＲとなるか、他のＡＰからの干渉電力値と等しくなるまで送信電力値を下げる。この方法では当該ＡＰと同時送信するＡＰの通信品質が改善する効果が期待できる。
（干渉検出閾値の仮決定方法）
図５〜図６のステップＳ16ｂにおいて、干渉検出閾値の仮決定値が制限値に到達していないときに干渉検出閾値を上げる制御を実施する場合は次のようになる。この制御は、送信機会獲得頻度を高くすることが目的であるため、周辺のＡＰから送信される無線信号の受信電力値を参照し、受信電力値が現在の干渉検出閾値より高く、かつ最も近い受信電力値との差を干渉検出閾値の仮決定値とする。この方法では当該ＡＰの同時送信機会を増やす効果が期待できる。
図５〜図６のステップＳ16ｂにおいて、干渉検出閾値の仮決定値が制限値に到達していないときに干渉検出閾値を上げる制御を実施する場合は次のようになる。この制御は、送信機会獲得頻度を高くすることが目的であるため、周辺のＡＰから送信される無線信号の受信電力値を参照し、受信電力値が現在の干渉検出閾値より高く、かつ最も近い受信電力値との差を干渉検出閾値の仮決定値とする。この方法では当該ＡＰの同時送信機会を増やす効果が期待できる。
また、図５，図６のステップＳ16ａにおいて送信電力値を下げる制御を実施する場合、あるいは図５，図６のステップＳ16ｂにおいて干渉検出閾値を上げる制御を実施する場合に、遺伝アルゴリズムを採用し、確率（１−Ｐ）で上記の仮決定方法をとりながら、確率Ｐでとりうる値の範囲内でランダムな値を選択し、仮決定値としてもよい。
また、送信電力値および干渉検出閾値の決定については、ランダム性をもつ一方で、群全体の情報を個々でも共有しながら最適化を目指す多値変数の最適化法である粒子群最適化法（ＰＳＯ）を用いてもよい。本発明に適用する場合には、送信機会獲得頻度を基にＰＳＯのパラメータを調整することで探索性能を改善することができる。処理手順の一例を図７に示す。なお、本処理は、図３〜図６の処理手順に代わるものである。
図７において、情報収集および事前のＭＣＳ最適化を行い（Ｓ31）、送信機会獲得頻度およびスループット概算値の算出を行う（Ｓ32）。なお、これらの処理は、図３〜図６のステップＳ11，Ｓ12，Ｓ18の処理と同様である。次に、例えばスループットまたはスループットを基にした計算結果からＰＳＯで使う評価関数値を算出し（Ｓ33）、評価関数値が最良な場合の送信電力値および干渉検出閾値を記録する（Ｓ34）。次に、送信機会獲得頻度が高いＡＰは、送信電力値および干渉検出閾値の変化量の係数を基準値より低い値に設定して探索範囲を狭くし、送信機会獲得頻度が低いＡＰは、当該係数を基準値より高い値に設定して探索範囲を広くする（Ｓ35）。次に、ＰＳＯの手法に基づき決定した係数（重み）を使って、各ＡＰの送信電力値および干渉検出閾値を更新する（Ｓ36）。以上の処理について終了条件を満たすまで繰り返す（Ｓ37）。終了条件としては、送信機会獲得頻度およびスループットの改善がほぼ収束した場合などを用いる。
図３〜図６のステップＳ18ａ／ｂにおいて、スループット概算値を算出する方法として、図８に示す４つのＡＰの関係に基づいて説明する。ここでは、全ＡＰの干渉検出閾値を−73dBm 、全ＡＰの送信電力値の初期値を20dBm 、各宛先端末の受信電力値をそれぞれ−41dBm とする。
ＡＰ１〜ＡＰ４の相互の受信電力値は図８に示す通りであり、ＡＰ１とＡＰ２、ＡＰ２とＡＰ３、ＡＰ２とＡＰ４、ＡＰ３とＡＰ４が互いに干渉検出閾値以上の干渉信号を検出しているものとする。これらのＡＰが衝突関係にあるものとしてコンテンショングラフで「１」とし、衝突関係にないＡＰを「０」とする。同時送信可能なＡＰが最大となる組合せである最大クリークは、ＡＰ１とＡＰ３、ＡＰ１とＡＰ４となる。ＡＰごとに平均をとった値が正規化スループットは｛１，０，1/2, 1/2｝となる。この値に、各ＡＰの伝送レートをかけると、おおよそのスループットがえられる。
次に、正規化スループットが高いＡＰ１，ＡＰ３，ＡＰ４に対して、ターゲットＭＣＳに必要なＳＩＮＲの最小値を確保できる送信電力値まで下げる例を示す。ＡＰ１，ＡＰ３，ＡＰ４がＳＩＮＲを達成しつつ設定可能な干渉検出閾値は、現在の干渉検出閾値からの差分ｘとして、
（−41−ｘ）−（−73＋ｘ）＝20
ｘ＝ 6
となる。したがって、図９に★印で示すように、ＡＰ１，ＡＰ３，ＡＰ４の干渉検出閾値は−73から−67に上げ、送信電力値は20から14に下げる。
（−41−ｘ）−（−73＋ｘ）＝20
ｘ＝ 6
となる。したがって、図９に★印で示すように、ＡＰ１，ＡＰ３，ＡＰ４の干渉検出閾値は−73から−67に上げ、送信電力値は20から14に下げる。
これに基づくＡＰ１〜ＡＰ４の相互の受信電力値は図９に示す通りであり、ＡＰ３とＡＰ４との間の受信電力値−76は干渉検出閾値未満となり、ＡＰ１とＡＰ２、ＡＰ２とＡＰ３、ＡＰ２とＡＰ４が互いに干渉検出閾値以上の干渉信号を検出し、対応するコンテンショングラフが更新される。ＡＰ３とＡＰ４は互いに信号を検出しないので、同時送信可能な最大クリークはＡＰ１とＡＰ３とＡＰ４の組合せとなり、最大クリークおよび正規化スループットは｛１，０，１，１｝となり、スループットが改善する。
次に、正規化スループットが低いＡＰ２に対して、最小のＲＳＳＩを上回るように干渉検出閾値を上げる。ＡＰ２に対してＡＰ１，ＡＰ３，ＡＰ４が最も遠いので、ＲＳＳＩの合計値として、−72dBm ×３フレームの合計値である−67.2dBm を基に、干渉検出閾値および送信電力を決める。したがって、図１０に★印で示すように、ＡＰ２の干渉検出閾値は−73から−67に上げ、送信電力値は20から14に下げる。
これに基づくＡＰ１〜ＡＰ４の相互の受信電力値は図１０に示す通りであり、すべてのＡＰの組合せで受信電力値が干渉検出閾値未満となり、対応するコンテンショングラフが更新される。最大クリークおよび正規化スループットは｛１，１，１，１｝となり、スループットが最大化される。
ＡＰ 無線基地局
ＳＴＡ 無線端末
１０ 無線基地局（ＡＰ）
１１ 情報信号入出力部
１２ 受信電力値情報収集部
１３ 送信電力／干渉検出閾値制御部、
１４ 無線信号送受信部
１５ アクセス制御部
２０ 集中管理局
２１ 情報信号入出力部
２２ 情報管理部
２３ 制御値決定部
ＳＴＡ 無線端末
１０ 無線基地局（ＡＰ）
１１ 情報信号入出力部
１２ 受信電力値情報収集部
１３ 送信電力／干渉検出閾値制御部、
１４ 無線信号送受信部
１５ アクセス制御部
２０ 集中管理局
２１ 情報信号入出力部
２２ 情報管理部
２３ 制御値決定部
Claims (11)
- 互いに干渉し合う複数の無線基地局と、当該無線基地局に接続される複数の無線端末と、当該無線基地局と接続される集中管理局とを備える無線通信システムにおいて、
前記集中管理局は、
前記無線基地局の干渉源となる周辺の無線基地局の受信電力値を含む干渉電力情報と、前記無線基地局の宛先となる前記無線端末からの受信電力値と、前記無線基地局の送信電力値を含む送信電力情報を収集する情報収集手段と、
収集した情報から干渉関係に基づいて計算される送信機会獲得頻度およびスループット概算値に応じて、前記無線基地局における干渉検出閾値および送信電力値を決定し、制御値として前記無線基地局に通知する制御値決定手段とを備え、
前記無線基地局は、前記集中管理局から通知された制御値に基づいて干渉検出閾値および送信電力値の制御を行う構成である
ことを特徴とする無線通信システム。 - 請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
前記無線基地局は、前記集中管理局から通知された干渉検出閾値および送信電力値を配下の前記無線端末に通知し、該無線端末が通知された干渉検出閾値および送信電力値に基づく制御を行う構成である
ことを特徴とする無線通信システム。 - 請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
前記制御値決定手段は、前記干渉検出閾値および送信電力値の仮決定と、仮決定値を用いた制御後のスループット概算値を計算し、スループットが改善する場合に仮決定値を前記制御値とする構成である
ことを特徴とする無線通信システム。 - 請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
前記制御値決定手段は、前記送信機会獲得頻度が高い無線基地局から順に前記干渉検出閾値および送信電力値を決定する構成である
ことを特徴とする無線通信システム。 - 請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
前記制御値決定手段は、制御対象の無線基地局の中で前記送信機会獲得頻度が所定の閾値より高い無線基地局に対して前記送信電力値を下げる制御を実施し、前記送信機会獲得頻度が該所定の閾値より低い無線基地局に対して前記干渉検出閾値を上げる制御を実施する構成である
ことを特徴とする無線通信システム。 - 請求項５に記載の無線通信システムにおいて、
前記制御値決定手段は、前記情報収集手段で収集した宛先となる無線端末からの受信電力値を利用して、目標とする変復調方式で最低限必要となるＳＩＮＲ値から前記送信電力値の下限値を設定する構成である
ことを特徴とする無線通信システム。 - 請求項５に記載の無線通信システムにおいて、
前記制御値決定手段は、前記無線基地局の送信電力値を下げる場合に、当該無線基地局が観測する前記受信電力値のうち、前記干渉検出閾値よりも高い無線基地局の受信電力値を基準とする構成である
ことを特徴とする無線通信システム。 - 請求項５に記載の無線通信システムにおいて、
前記制御値決定手段は、前記無線基地局の送信電力値を下げる場合に、当該無線基地局から送信される無線信号による干渉電力が所定値以上またはＳＩＮＲが所定値以下になる無線基地局の受信電力値を基準とする構成である
ことを特徴とする無線通信システム。 - 請求項５に記載の無線通信システムにおいて、
前記制御値決定手段は、前記無線基地局の干渉検出閾値を上げる場合に、当該無線基地局が観測する前記受信電力値のうち、現在の干渉検出閾値より高く、かつ最も近い受信電力値を基準とする構成である
ことを特徴とする無線通信システム。 - 請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
前記制御値決定手段は、粒子群最適化法（ＰＳＯ）を用いて前記干渉検出閾値および送信電力値を探索する際に、前記送信機会獲得頻度が所定の閾値より高い無線基地局に対して前記干渉検出閾値および送信電力値の変化量の係数を基準値より低い値に設定し、前記送信機会獲得頻度が該所定の閾値より低い無線基地局に対して前記干渉検出閾値および送信電力値の変化量の係数を該基準値より高い値に設定する構成である
ことを特徴とする無線通信システム。 - 互いに干渉し合う複数の無線基地局と、当該無線基地局に接続される複数の無線端末と、当該無線基地局と接続される集中管理局とを備え、集中管理局が無線基地局の送信電力値および干渉検出閾値を制御する無線通信方法において、
前記集中管理局は、
前記無線基地局の干渉源となる周辺の無線基地局の受信電力値を含む干渉電力情報と、前記無線基地局の宛先となる前記無線端末からの受信電力値と、前記無線基地局の送信電力値を含む送信電力情報を収集し、
収集した情報から干渉関係に基づいて計算される送信機会獲得頻度およびスループット概算値に応じて、前記無線基地局における干渉検出閾値および送信電力値を決定し、制御値として前記無線基地局に通知し、
前記無線基地局は、前記集中管理局から通知された制御値に基づいて干渉検出閾値および送信電力値の制御を行う
ことを特徴とする無線通信方法。
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